Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя периодического действия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Стригин, Сергей Викторович

• Стригин, Сергей Викторович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Стригин, Сергей Викторович

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА СЛИВОЧНОГО МАСЛА.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Производство сливочного масла, его ассортимент и способы изготовления

1.2 Основные положения теории сбивания сливок и образования масляного зерна

1.3 Классификация и анализ устройств для изготовления сливочного масла

1.4 Цель и задачи исследований

1.5 Выводы

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы маслоизго-товителя периодического действия и сбивания в нем сливок

2.2 Основы теории работы ротора маслоизготовителя

2.3 Форма лопастей маслоизготовителя и способ их установки на роторе

2.4 Затраты мощности на работу маслоизготовителя

2.5 Выводы

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа исследований и описание экспериментальной установки

3.2 Общая методика исследований

3.3 Лабораторные исследования

3.3.1 Методика определения физико-механических свойств сливок и сливочного масла

3.3.2 Лабораторная установка по определению динамической вязкости сливок

3.4 Выбор факторов и уровней их варьирования. Методика экспериментальных исследований по определению оптимальных конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя периодического действия

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

4.1 Результаты отсеивающего эксперимента

4.2 Определение основных конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя

4.3 Методика гидравлического моделирования маслоизготовителя периодического действия

4.4 Выводы

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАСЛОИЗГОТОВИТЕЛЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя периодического действия»

Животноводческая отрасль даёт народному хозяйству около 2/3 продуктов питания, а также различное сырьё для лёгкой промышленности. Важнейшим продуктом отрасли является молоко, из которого изготавливается и реализуется населению питьевое молоко, творог, кисломолочная продукция, сливочное масло и многое другое.

Сливочное масло является для человека ценнейшим продуктом питания, который усваивается организмом практически полностью. В настоящее время этот продукт производится в достаточно широком ассортименте, насчитывающем более двадцати сортов.

Сливочное масло вырабатывается по двум технологиям: сбивания (на маслоизготовителях) и преобразования высокожирных сливок (на маслообразователях). Вторая технология применяется только при больших объёмах производства масла. Технологию сбивания осуществляют на маслоизготовителях непрерывного (при переработке более 300 литров сливок в смену) и периодического (при объёме менее 300 литров сливок в смену) действия [8. 12, 29,33].

Учитывая увеличение поголовья коров в личных подсобных и фермерских хозяйствах и соответственно выход молока [1 —7, 29, 31.34] I более выгодно и эффективно для производства масла применение маслоизготовителей периодического действия. Однако исходя из анализа работы подобных устройств [29; 33.60] видно, что процесс сбивания масла в 1 них занимает значительный период времени (от 0,35ч до 2ч) и это значительно снижает их производительность и повышает энергоёмкость процесса в целом. Использование более производительных маслоизготовителей снижает время сбивания масла, но отход жира в пахту выходит за пределы требований ГОСТа. Все это свидетельствует о необходимости совершенствования конструкций маслоизготовителей периодического действия, теоретического и экспериментального исследования процесса работы и обоснования их оптимальных конструктивно-режимных параметров.

Основные положения диссертационной работы следующие.

Цель исследований.

Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров I маслоизготовителя периодического действия, обеспечивающего снижение энергоемкости сбивания.

Объект исследований.

Сбивание сливочного масла в маслоизготовителе периодического действия с механизмом в виде двухвального лопастного ротора, вращающегося вокруг горизонтальной и вертикальной осей.

Предмет исследований.

Закономерности и режимы сбивания сливочного масла в маслоизготовителе периодического действия.

Методика исследований.

Для определения основных показателей качества^ сливочного масла и исходного продукта (сливок) использовали методики действующих ГОСТов*и ОСТов. Для теоретического обоснования формы лопастей маслоизготовителя, способа их установки на роторе и определения затрат мощности на сбивание применялся математический анализ и моделирование гидродинамических явлений при движении сливок. С целью определения оптимальных конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя использовалась методика планирования эксперимента и стандартные компьютерные программы Statistica 6.0, MathCAD 11, Microsoft office Excel.

Научная новизна.

Конструкция маслоизготовителя периодического действия и методика расчета конструктивно-режимных параметров; аналитическое выражение для определения затрачиваемой мощности и уравнение регрессии энергоемкости сбивания; оптимальные значения конструктивно-режимных параметров маслоизготовителя.

Научная новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение №2269890.

Практическая ценность и реализация исследований.

Оптимальные конструктивно-режимные параметры разработанного маслоизготовителя периодического действия обеспечивают снижение энергоемкости сбивания на 58% и увеличивают производительность на 17% по сравнению с серийно-выпускаемым ИПКС-030. Предлагаемый маслоизготовитель внедрен в МП «Комбинат детского питания» и КФХ «Горизонт» Пензенской области.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в, т.ч. получен патент РФ на изобретение, две статьи опубликованы в издании, указанном в «Перечне.ВАК» и три - без соавторов. Общий объем публикаций составляет 2,1 п.л., из них автору принадлежит 0,7 п.л.

Апробация работы.

Основные положения диссертации1 и результаты исследованию доложены и одобрены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2003.2007гг.), ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И> Вавилова» (2005г.), региональной НПК вузов Поволжья и Предуралья* ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2006г.), IV международной научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2007г.).

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы из 125 наименований* и приложения. Объем диссертации составляет 151 е., 16 табл. и 38 рис.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Стригин, Сергей Викторович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих конструкций маслоизготовителей периодического действия, а также поисковые опыты подтвердили целесообразность установки в ёмкости маслоизготовителя механизма сбивания в виде двухвального лопастного ротора, вращающегося вокруг горизонтальной и вертикальной осей, способствуя интенсификации гидродинамических явлений в маслоизготовителе, что обеспечивает турбулизацию движения сливок и ускоряет процесс образования масляного зерна.

2. Теоретическими исследованиями получено уравнение для расчёта мощности на привод маслоизготовителя, определена плоская форма лопастей с установкой Pix на роторе тангенциально против вращения, что, позволяет получить высокую подачу при минимальном напоре, снизить время агрегации жировых шариков и энергоёмкость сбивания.

3. По критерию оптимиз'ации '— энергоёмкости сбивания в у маслоизготовителе - выявлены стационарные области, которые позволили определить оптимальные конструктивно-режимные параметры: частота вращения ротора пр—264 мин, угол установки лопастей i=45 град; ширина лопастей Ь=12 мм\ степень заполнения ёмкости <рзап-0,71; частота вращения механизма вокруг вертикальной оси ' пв=40 мин1, обеспечивающие производительность по маслу 27 кг/ч с выходом масла 59,9%, отходом жира в пахту не более-0,4% и надлежащем (в соответствии с требованиями'ГОСТ 3791) качестве сливочного масла. Методика4 гидравлического моделирования маслоизготовителя по критерию подобия Рейнольдса при динамической вязкости сливок р=0,27-10'4 Па-с с плотностью р=998 кг/м при 10°С позволяет проектировать маслоизготовитель требуемой производительности.

4. Экспериментальными исследованиями установлено, что при оптимальных конструктивно-режимных параметрах энергоёмкость сбивания составляет 0,0093 кВт-ч/кг при потребляемой мощности 0,25 кВт. Производственные исследования подтвердили работоспособность предлагаемой конструкции маслоизготовителя и результаты лабораторных опытов. Годовой экономический эффект от применения предлагаемого маслоизготовителя составляет 13391 руб., срок окупаемости дополнительных затрат 0,65 года при годовом объеме переработки сливок 15000 кг.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Стригин, Сергей Викторович, 2008 год

1. Горощенко, Л.П. Российский рынок молочных продуктов / Л.П. Горощенко // Молочная промышленность. — 2007. — №1. - С. 4 - 9.

2. Сергеев, В.Н. Молочная промышленность России: первая пятилетка XXI века / В.Н. Сергеев // Молочная промышленность. — 2006. №4. — С. 4 - 10.

3. Лабинов, В.В. Состояние молочной промышленности России: проблемы и решения / В.В. Лабинов // Молочная промышленность. 2006. — №9. - С. 42 - 46.

4. Негреева, А.Н. Качество молока коров разных генотипов / А.Н. Негреева // Молочная промышленность. — 2006. №10. - С. 20 - 21.

5. Скаркина, H.A. Показатели масла из молока коров разного генотипа / H.A. Скаркина // Молочная промышленность. 2006. - №10. - С. 38 - 39.

6. Пензенская область. Основные показатели развития с 1991 по 2005г. — Статистический ежегодник. Официальные издания. Пенза, 2006. - 484с.

7. Сельское хозяйство Пензенской области Пенза, Пензастат., 2006. — 259с.

8. Грищенко, А.Д. Сливочное масло / А.Д. Грищенко. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1983. -328 с.

9. Андрианов, Ю.П. Производство сливочного масла / Ю.П. Андрианов. М.: Агропромиздат, 1988: - 302 с.

10. Барабанщиков, Н.В. Качество молока и молочных продуктов / Н.В.Барабанщиков. М.: Колос, 1980. - 241с.

11. Баранов, H.H. Совершенствование технологии производства масла на непрерывных маслосбивателях: Автореф. дис.канд. техн. наук / H.H. Баранов.-М.: 1953.-18 с.

12. Антонова, B.C. Технология молока и молочных продуктов / B.C. Антонова, С.А. Соловьёв. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2001. - 440с.

13. Кук, Г.А. Гидродинамическая теория маслообразования / Г.А. Кук. — Труды ЛИХПМ. Т.4, 1953. - 318с.

14. Сурков, В.Д. Теория кавитации и процесса сбивания масла / В.Д. Сурков // Молочная промышленность. 1948. -№10. - С. 21-22.

15. Сурков, В.Д. Гидродинамические основы молокопереработки: Автореф. дис. .д-ра техн. наук /В.Д. Сурков. — М.: 1950. — 28 с.

16. Грищенко, А.Д. Кинетическая закономерность агрегации жировых шариков / А.Д. Грищенко // Молочная промышленность. — 1966. — №4. — С. 28 -29.

17. Верглесов, В.М. Изучение основных закономерностей кристаллизации молочного жира и их влияние на формирование структуры сливочного масла: Автореф. дис. .канд. техн. наук / В.М. Верглесов. Киев , 1973. - 22 с.

18. Гордиенко, А.Д. О влиянии пены и формы потока на процесс маслообразования / А.Д. Гордиенко // Молочная промышленность. — 1949. -№12. С. 14-16.

19. Белоусов, А.П. Физико-химические процессы в производстве масла сбиванием сливок / А.П. Белоусов. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984. - 192 с.

20. Грищенко, А.Д. О влиянии термомеханических условий обработки сливок на агрегацию жировых шариков и кристаллизацию триглицеридов молочного жира: Автореф. Дис.д-ра техн. наук / А.Д. Грищенко. Л.: 1962.-32 с.

21. Вышемирский, Ф.А. Фактор повышения качества сливочного масла / Ф.А. Вышемирский. М.: 1971. - 234 с.

22. Вышемирский, Ф.А. Производство сливочного масла / Ф.А. Вышемирский. -М.: Агропромиздат, 1987. 362 с.

23. Котова, О.Г. Учебное пособие по технологии масла / О.Г. Котова. — Ленинград Вологда, 1973. - 72 с.

24. Котова, О.Г. Повышение качества сливочного масла / О.Г. Котова. — М.: Пищевая промышленность, 1979. — 127 с.

25. Бержинскас, Г.Г. Исследование влияния технологических факторов на структуру и консистенцию сливочного масла, изготавливаемого непрерывным сбиванием: Автореф. дис.канд. техн. наук / Г.Г. Бержинскас. Каунас, 1969. - 22 с.

26. Мотекайтис, П.В. Влияние механической обработки на структуру и консистенцию сливочного масла: Автореф. дис.канд. техн. наук / П.В. Мотекайтис. Вильнюс, 1970. - 20 с.

27. Карнаух,. В.И. Исследование механизма сбивания в маслоизготовителях непрерывного действия: Автореф. дис.канд. техн. наук / В.И. Карнаух. -М.: 1970.-22 с.

28. Шиллер, Г.Г. Совершенствование методов в маслоделии и сыроделии / Г.Г. Шиллер. Ярославль, 1978. - 94 с.

29. Терюшков, В.П. Повышение использования молочного жира за счёт оптимизации параметров маслоизготовителя: Автореф. дис.канд. техн. наук / В.П. Терюшков. Пенза, 2003. - 16 с.

30. Кофтунова, J1.E. Повышение качества масла / JI.E. Кофтунова. М.: Наука, 1970.-94с.

31. Качераускис, Д.В. Новое в производстве масла способом периодического сбивания/ Д.В. Качераускис. М.: 1970. - 124с.

32. Бредихин, С.А. Технология и техника переработки молока / С.А. Бредихин, Ю.В. Космодемьянский, В.Н. Юрин. -М.: Колос, 2001. 400 с.

33. Курочкин, A.A. Технология и оборудование для переработки продукции животноводства / A.A. Курочкин, В.В. Ляшенко. -М.: Колос, 2001. 440 с.

34. Забелина, М.В. Технологические основы производства и переработки продукции животноводства / М.В. Забелина, P.A. Денисов. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2006. - 1126 с.35